非晶态NiFeAl-LDH调控BiVO4实现自旋态能级分裂促进光电化学水氧化

本研究针对非晶态析氧助催化剂提升BiVO4光电性能的机制难题，通过构建非晶态NiFeAl-LDH/BiVO4复合体系，揭示了结构无序诱导的八面体配位畸变与Ni3+自旋态转变（高自旋→低自旋）对电子轨道重排（eg/t2g非简并化）的调控作用，实现5.78 mA cm?2的光电流密度和2.21%的ABPE效率，为自旋工程化设计高效光电催化体系提供新范式。

　　

非晶态析氧助催化剂（OEC）在提升钒酸铋（BiVO₄）基光电化学（PEC）体系性能方面显著优于晶态材料，但其作用机制长期不明。研究团队通过在其表面构建非晶态镍铁铝层状双氢氧化物（NiFeAl-LDH），发现结构无序性不仅增强了与BiVO₄的界面相互作用，还诱导形成扭曲的八面体配位框架。这一变化促使三价镍离子（Ni³⁺）的价电子轨道发生重排——从简并态的e_g/t_2g轨道转变为非简并配置，同时伴随自旋态从高自旋向低自旋的转变。这种自旋态能级分裂效应使非晶复合光阳极在1.23 V（vs RHE）条件下获得5.78 mA cm^?2的光电流密度，在0.62 V下实现2.21%的偏压光子-电流转换效率（ABPE），性能显著优于晶态对照体系（分别为2.83 mA cm^?2和1.19%）。该研究首次建立了非晶化结构与自旋态工程之间的构效关系，为设计高效PEC水分解系统提供了创新思路。